Nghiên cứu sự phân hủy basic fuchsin bằng xúc tác ZnMn2O4 khi có mặt tác nhân H2O2

Trong bài viết này, vật liệu ZnMn2O4 được dùng làm xúc tác cho phản ứng phân hủy basic fuchsin khi có tác nhân H2O2. Nghiên cứu cho thấy các điều kiện tổng hợp vật liệu spinel ZnMn2O4 ảnh hưởng đến khả năng phân hủy basic fuchsin.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu sự phân hủy basic fuchsin bằng xúc tác ZnMn2O4 khi có mặt tác nhân H2O2 NGHIÊN CỨU SỰ PHÂN HỦY BASIC FUCHSIN BẰNG XÚC TÁC ZnMn2O4 KHI CÓ MẶT TÁC NHÂN H2O2 PHAN THỊ HIỀN MY PHAN THANH HÀ THI, NGUYỄN LÊ MỸ LINH* Khoa Hoá học, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Huế *Email: nguyenlemylinh@dhsphue.edu.vn Tóm tắt: Trong bài báo này, vật liệu ZnMn2O4 được dùng làm xúc tác cho phản ứng phân hủy basic fuchsin khi có tác nhân H2O2. Nghiên cứu cho thấy các điều kiện tổng hợp vật liệu spinel ZnMn2O4 ảnh hưởng đến khả năng phân hủy basic fuchsin. Hiệu suất phân hủy basic fuchsin đều lớn hơn 96% đối với các mẫu khảo sát. Tốc độ phản ứng phân hủy basic fuchsin b75ằng xúc tác spinel ZnMn2O4 khi có tác nhân H2O2 tăng theo nhiệt độ và giảm theo nồng độ đầu của basic fuchsin. Năng lượng hoạt hóa của phản ứng này xác định được là 44,47 kJ/mol. Từ khóa: Vật liệu nano ZnMn2O4, basic fuchsin. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Cùng với sự phát triển công nghiệp hóa và hiện đại hóa, tình trạng ô nhiễm nguồn nước ở Việt Nam đang đứng top 5 do xả thải trực tiếp các chất thải công nghiệp chưa qua xử lý vào môi trường nước . Các chất gây ô nhiễm nguồn nước rất đa dạng như vi sinh vật, nhựa, nilon, các kim loại nặng… và các loại hóa chất nhuộm cũng là một trong những yếu tố chính. Basic fuchsin (chất màu thuộc nhóm triaminotriphenylmethane) là một trong những thuốc nhuộm được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp dệt may và thuộc da [1, 2]. Cùng với việc sản xuất và sử dụng basic fuchsin trong công nghiệp, đồng nghĩa sẽ có lượng lớn thuốc nhuộm được thải ra ngoài môi trường. Do đặc tính phân hủy sinh học kém và độc tính của nó nên việc loại bỏ basic fuchsin ra khỏi hệ thống nước thải là rất đáng quan tâm và cần được kiểm tra, thực hiện kịp thời [3]. Nhiều nghiên cứu cho thấy vật liệu nano ZnMn2O4 có khả năng xúc tác phân hủy một số loại thuốc nhuộm tổng hợp [4-6]. Trong bài báo trước [7], chúng tôi đã khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến thành phần pha vật liệu nano ZnMn2O4 tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt kết hợp với nung. Trong bài báo này, chúng tôi khảo sát các điều kiện tổng hợp vật liệu ZnMn2O4 đến khả năng xúc tác phân hủy basic fuchsin khi có tác nhân H2O2 cũng như động học phản ứng phân hủy này trong điều kiện thay đổi nhiệt độ và nồng độ đầu của basic fuchsin. 2. THỰC NGHIỆM 2.1. Hoá chất ZnSO4.7H2O (Xilong), MnSO4.H2O (Xilong), NaOH (Xilong), isopropanol (Xilong), ethylene glycol (Xilong), glycerol (Xilong), basic fuchsin (Trung Quốc). Tạp chí Khoa học, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Huế ISSN 1859-1612, Số 3(63)/2022: tr.75-84 Ngày nhận bài: 07/6/2021; Hoàn thành phản biện: 29/9/2021; Ngày nhận đăng: 30/9/2021 76 PHAN THỊ HIỀN MY và cs. 2.2. Tổng hợp vật liệu ZnMn2O4 Vật liệu ZnMn2O4 được tổng hợp theo quy trình sau[7]: Hòa tan 2,87 gam ZnSO4.7H2O và 3,38 gam MnSO4.H2O vào 20 mL nước cất và 20 mL dung môi. Khuấy từ với tốc độ 750 vòng/phút, đồng thời nhỏ từ từ 40 mL NaOH 1M vào hỗn hợp. Khuấy trong vòng 15 phút và cho vào bình Teflon, đặt vào autoclave, đậy kín và cho vào tủ sấy, tiến hành thủy nhiệt ở 120 °C trong thời gian phù hợp. Sau đó lấy ra và để nguội ở nhiệt độ phòng. Lọc kết tủa thu được rồi rửa nhiều lần bằng nước cất đến khi dịch lọc có pH  7. Sản phẩm được sấy khô ở 80 °C, sau đó nung ở các nhiệt độ khác nhau trong 4 h. Vật liệu nano ZnMn2O4 được tổng hợp với các điều kiện thay đổi như sau: - Thời gian thủy nhiệt: cố định dung môi isopropanol, nhiệt độ thủy nhiệt 120 °C, nhiệt độ nung 500 °C, thay đổi thời gian thủy nhiệt 6 h, 12 h, 24 h và 36 h. - Nhiệt độ thủy nhiệt: cố định dung môi isopropanol, thời gian thủy nhiệt 24 giờ, nhiệt độ nung 500 °C, thay đổi nhiệt độ thủy nhiệt 80 °C, 100 °C, 120 °C, 130 °C. - Nhiệt độ nung: cố định dung môi isopropanol, thời gian thủy nhiệt 24 giờ, nhiệt độ thủy nhiệt 120 °C, thay đổi nhiệt độ nung 300 °C, 400 °C, 500 °C, 600 °C. - Dung môi: cố định nhiệt độ thủy nhiệt 120 °C, nhiệt độ nung 500 °C, thời gian thủy nhiệt 24 giờ, thay đổi dung môi: isopropanol, ethylene glycol, glycerol. 2.3. Khảo sát hoạt tính của vật liệu Phản ứng phân hủy basic fuchsin được thực hiện theo quy trình như sau: Cho 0,03 gam vật liệu ZnMn2O4 vào 200 mL dung dịch basic fuchsin 10 mg/L, khuấy từ với tốc độ 500 vòng/phút ở nhiệt độ 30 °C trong bóng tối trong thời gian 30 phút để đạt sự cân bằng hấp phụ và sự phân tán đồng đều của các hạt xúc tác. Thêm chính xác 1,0 mL dung dịch H2O2 nồng độ 30% vào hỗn hợp và khuấy liên tục ngoài ánh sáng nhìn thấy. Sau những khoảng thời gian xác định (15 phút, 30 phút, 45 phút, 60 phút, 90 phút, 120 phút), dùng pipet lấy 5 mL dung dịch đem ly tâm lấy phần lỏng, xác định nồng độ còn lại của basic fuchsin bằng phương pháp UV-Vis ở bước sóng  = 543 nm. Hiệu suất phân hủy basic fuchsin được tính theo công thức sau: C0  Ct H 100% C0 (1) Trong đó Co và Ct (mg/L) lần lượt là nồng độ của basic fuchsin tại thời điểm ban đầu và tại thời điểm t phản ứng. Trong nghiên cứu này, chúng tôi khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng xúc tác phân hủy basic fuchsin trên vật liệu ZnMn2O4 khi có tác nhân H2O2 như: điều kiện tổng hợp vật liệu, nồng độ fuchsin, nhiệt độ. NGHIÊN CỨU SỰ PHÂN HỦY BASIC FUCHSIN BẰNG XÚC TÁC ZnMn2O4... 77 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Ảnh hưởng của các điều kiện tổng hợp vật liệu đến phản ứng phân hủy basic fuchsin 3.1.1. Ảnh hưởng của thời gian thủy nhiệt Ở phần này, chúng tôi sử dụng các vật liệu đã tổng hợp làm xúc tác cho phản ứng phân hủy basic fuchsin khi có tác nhân H2O2. ...